DE19935269C1

DE19935269C1 - Verfahren zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kälteanlage

Info

Publication number: DE19935269C1
Application number: DE19935269A
Authority: DE
Inventors: Herbert Wieszt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: ITRM20000397A1; JP2001059665A; US6318097B1; IT1315966B1; FR2797037A1; FR2797037B1; ITRM20000397A0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kälteanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einem den Kältemittelkreislauf in eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite unterteilenden Kompressor mit folgenden Schritten: DOLLAR A - in zeitlichen Abständen wird auf der Hochdruckseite der Druck und die Temperatur gemessen, DOLLAR A - mit dem gemessenen Druck anhand einer kältemittelspezifischen Funktion eine zugeordnete Temperatur ermittelt und DOLLAR A - durch Subtraktion der gemessenen von der zugeordneten Temperatur ein als Maß für den Kältemittelfüllstand auswertbarer Kältemittel-Unterkühlungswert ermittelt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß mindestens während vorgebbarer Betriebsphasen der Kälteanlage zur Beurteilung des Kältemittelfüllstandes ein Maximalwert und ein Minimalwert herangezogen werden, die zu Beginn dieser Betriebsphase auf die zuletzt ermittelten Unterkühlungswerte und im Verlauf dieser Betriebsphase auf die jeweils neu ermittelten Unterkühlungswerte gesetzt werden, wenn der Unterkühlungswert größer als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Maximalwert ist und der Unterkühlungswert kleiner als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Minimalwert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Käl temittelfüllstandes in einer Kälteanlage nach den gattungsbil denden Merkmalen des Anspruchs 1.

In der DE 44 01 415 C1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kälteanlage be schrieben, wobei die Kälteanlage mit einem den Kältemittel kreislauf in eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite un terteilenden Kompressor aufweist. In zeitlichen Abständen wird auf der Hochdruckseite der Druck und die Temperatur gemessen, mit dem gemessenen Druck wird anhand einer kältemittelspezifi schen Funktion eine zugeordnete Temperatur ermittelt und durch Subtraktion der gemessenen von der zugeordneten Temperatur ein als Maß für den Kältemittelfüllstand auswertbarer Kältemittel- Unterkühlungswert Uw ermittelt. Es wird mindestens während vor gebbarer Betriebsphasen der Kälteanlage zur Beurteilung des Kältemittelfüllstandes ein Maximalwert Mw herangezogen, der zu Beginn dieser Betriebsphasen auf den zuletzt ermittelten Unter kühlungswert Uw und im Verlauf dieser Betriebsphase auf einen jeweils neu ermittelten Unterkühlungswert gesetzt wird, wenn letzterer größer als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorlie gende Maximalwert Mw ist.

Bei dieser Art eines Verfahrens zur Überwachung des Kältemit telfüllstandes in einer Kälteanlage ist von Nachteil, daß bei tiefen Außentemperaturen im Bereich unterhalb 15°C der extern geregelte Kompressor mit kleiner Leistung betrieben wird, so daß der gemessene relative Druck auf der Hochdruckseite gering ist. Für den hieraus bestimmten Unterkühlungswert wird in die sem Bereich kein weiterverwertbares Ergebnis erhalten.

Die Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kälteanlage so zu verbessern, daß sich auch bei tiefen Außentemperaturen der Kältemittelfüll stand optimal überwachen läßt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Er findungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin, daß im Bereich tiefer Außentemperaturen eine Überwachung des Kältemittelfüllstandes erfolgen kann.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver bindung mit einer Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Programmablauf eines Abschnitts eines Verfahrens zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kraftfahrzeugklimaanlage, sowie

Fig. 2 eine Kennlinie zur Kompressorabschaltung bei Kältemit telunterfüllung.

In Fig. 1 ist ein Programmablauf eines Abschnitts eines Verfah rens zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in einer Kraft fahrzeugklimaanlage gezeigt. Das Programm ist in einem Klimabe diengerät der Klimaanlage abgelegt. Die dem Verfahren zugrunde liegende Kraftfahrzeug-Klimaanlage besitzt einen üblichen Auf bau, der einen geregelten Kompressor aufweist. Ein solcher Kom pressor wird nicht getaktet, sondern kontinuierlich betrieben und paßt die geförderte Kältemittelmenge durch Reduzierung des Kolbenhubs im Verdichter dem jeweiligen Kältebedarf an, was die bei einem getakteten, ungeregelten Kompressor auftretenden Ein schaltstöße vermeidet. Es geht allerdings die bei der bisher üblichen Berechnung des Unterkühlungswertes benutzte Informati on darüber verloren, wie groß der Kältemitteldurchsatz bei ak tivem Kompressor zu einem gegebenen Zeitpunkt ist. Durch das nachfolgend näher erläuterte Verfahren gelingt es, diesen Zeit punkt maximaler Fördermenge indirekt zu bestimmen und dadurch einen zuverlässigen Rückschluß auf den Kältemittelfüllstand zu ziehen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der jeweils er mittelte Unterkühlungswert sowohl mit sinkender Kältemittelmen ge als auch mit geringerer Kompressorförderleistung und mit dem Auftreten von Störgrößen im System jeweils abnimmt. Daraus folgt, daß zur Ermittlung eines für die Füllstandsbeurteilung verwendbaren Unterkühlungswertes die explizite Bestimmung eines Zeitpunktes mit maximaler Kompressorförderleistung nicht erfor derlich ist. Bei Einsatz eines geregelten Kompressors ist die geförderte Kältemittelmenge mehrstufig oder stufenlos veränder bar. Dementsprechend ist bei dem bekannten Verfahren vorgese hen, zur Füllstandsüberwachung in zeitlichen Abständen so lange den Unterkühlungswert zu ermitteln, bis für diesen ein quasi stabiler Zustand erkannt wird, wobei jeder oder ein Teil der Unterkühlungswerte zur Auswertung zwecks Füllstandskontrolle ohne gegenseitigen Vergleich der Unterkühlungswerte herangezo gen wird. Geregelte Kompressoren arbeiten bei niedrigen Außen temperaturen, bei welchen keine oder nur wenig Kühlleistung nö tig ist, mit geringer Leistung. Im Kühlmittel herrscht dann ein geringer Druck, was mit einer geringen Siedetemperatur korre liert ist. Der zugehörige Unterkühlungswert ist zur Bestimmung des Kältemittelfüllstandes nicht brauchbar. Bei einer Kältemit telunterfüllung versucht der Kompressor durch Leistungserhöhung den Druck im Kältemittel zu erhöhen. Das Verfahren sieht daher grundsätzlich die Heranziehung eines Maximalwertes Mw und eines Minimalwertes Mm, die aus in zeitlichen Abständen ermittelten Unterkühlungswerten Uw, Um nach einem in Fig. 1 illustrierten Vorgehen abgeleitet werden, zur Beurteilung des Kältemittel füllstandes vor. Es wird in dem betrachteten Zeitintervall die Differenz zwischen minimalem Mm und maximalem Unterkühlungswert Mw ermittelt. Bei einem Mangel an Kältemittel wird versucht durch Erhöhung der Leistung des Kompressors den Druck im Käl temittel zu erhöhen. Dies führt zu einer Erhöhung des Maximal wertes Mw. Bei einer gut gefüllten Kälteanlage ist zwischen Mi nimal- Mm und Maximalwert Mw der Unterkühlung kein großer Un terschied, so daß die Differenz Δ gering ist. Der Absolutwert des Maximalwertes Mw liegt hoch. Beginnt die Anlage sich zu leeren, vergrößert sich die Differenz Δ, wobei der Maximalwert immer noch einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Bei ei ner Unterfüllung der Anlage wird auch durch Leistungserhöhung des Kompressors keine Druckerhöhung mehr erreicht. Der Maximal wert unterschreitet den vorgegebenen Schwellenwert. Der Mini malwert Mm und der Maximalwert Mw gleichen sich wieder an. Die Differenz Δ unterschreitet dann einen vorgegebenen Schwellen wert. In einer Weiterbildung der Erfindung für eine Kraftfahr zeug-Klimaanlage ist vorgesehen, daß bei stehendem Fahrzeug je weils der momentan ermittelte Unterkühlungswert gleichzeitig sofort als Maß für den Kältemittelfüllstand herangezogen wird, wie dies insbesondere bei Servicearbeiten erwünscht ist. Dies stellt eine brauchbare Füllstandsaussage dar, weil bei stehen dem Fahrzeug, d. h. Fahrgeschwindigkeit gleich Null, der Konden sator der Klimaanlage nur gering belüftet wird und folglich der Wirkungsgrad der Anlage schlechter ist, weshalb der geregelte Kompressor mit hoher Wahrscheinlichkeit auf voller Leistung ar beitet. Es ist außerdem auch ein allmählicher Kältemittelver lust und das hieraus gegebenenfalls folgende Absinken des Füll standes unter einen vorgegebenen Schwellwert erkennbar. Es wird ein derart zwangsweise dekrementierter Maximalwert und ein ver größerter Minimalwert für die Füllstandsüberwachung herangezo gen. Dies führt zu einer größeren Differenz Δ. Es wird bei konstant bleibendem Füllstand dieser Maximalwert von Zeit zu Zeit wieder selbsttätig durch einen erfaßten höheren Unterküh lungswert erhöht und dieser Minimalwert wieder selbsttätig durch einen erfaßten kleineren Unterkühlungswert verkleinert. Tritt im weiteren Betriebsverlauf eine derartige selbsttätige Erniedrigung der Differenz Δ nicht ein, ist dies folglich ein Indiz dafür, daß sich der Füllstand während dieser Betriebspha se verringert hat.

Außerdem ist eine Unterfüllungs-Warnmeldung und/oder eine Ab schaltung der Kälteanlage vorgesehen, wenn eine Betriebsphase vorliegt, in welcher für eine vorgewählte Warn- und/oder Ab schalt-Schwellendauer die Differenz Δ kleiner als ein vorge wählter Abschaltschwellenwert Sd ist und der Maximalwert Mw ei nen Abschaltschwellenwert Sm unterschreitet. Dabei können die Schwellendauern und Schwellenwerte für die Warnmeldung und die Abschaltung gleich oder verschieden groß gewählt werden, wobei eine günstige Realisierung darin besteht, gleich große Schwel lendauern und für die Warnmeldung einen größeren Schwellenwert als für die Abschaltung vorzusehen, so daß jedenfalls die Warn meldung vor der Abschaltung der Kälteanlage erfolgt.

Alternativ ist die Möglichkeit vorgesehen, das Ablaufen der je weiligen Schwellendauer anzuhalten, solange der Kompressor aus geschaltet ist oder das Fahrzeug steht, und zurückzusetzen, wenn das Fahrzeug abgestellt wird oder die Differenz Δ größer als der Abschaltschwellwert ist und der Maximalwert den ent sprechenden Schwellenwert überschreitet, um sodann das Ablaufen der Schwellendauer von neuem starten zu können.

In Fig. 2 ist eine Kennlinie zur Kompressorabschaltung bei Käl temittelunterfüllung gezeigt. Die Differenz Δ zwischen Maxi mal- Mw und Minimal Mm ist über dem Kompressorstrom aufgetra gen. Der Kompressorstrom ersetzt den zusätzlich für die Beur teilung des Kältemittelfüllstandes benötigten Maximalwert Mw. Der Maximalwert ist mit dem Kompressorstrom korreliert. Der Kompressor ist abgeschaltet bei einer Differenz Δ größer 6 K und einem Kompressorstrom von 600 mA. Bei Überschreiten einer Differenz Δ von 11 K ist der Kompressor ausgeschaltet. Hier herrscht Kältemittelunterfüllung. Diese Kennlinie muß je nach Fahrzeug ermittelt werden und im Klimabediengerät abrufbar sein.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Kältemittelfüllstandes in ei ner Kälteanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug- Klimaanlage, mit einem den Kältemittelkreislauf in eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite unterteilenden Kompressor mit folgenden Schritten:

- in zeitlichen Abständen wird auf der Hochdruckseite der Druck und die Temperatur gemessen,
- mit dem gemessenen Druck anhand einer kältemittelspezifi schen Funktion eine zugeordnete Temperatur ermittelt und
- durch Subtraktion der gemessenen von der zugeordneten Tempe ratur ein als Maß für den Kältemittelfüllstand auswertbarer Kältemittel-Unterkühlungswert (Uw) ermittelt;

dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens während vorgebbarer Betriebsphasen der Kältean lage zur Beurteilung des Kältemittelfüllstandes ein Maximalwert (Mw) und ein Minimalwert (Mm) herangezogen wird, die zu Beginn dieser Betriebsphase auf die zuletzt ermittelten Unterkühlungs werte (Uw) und (Um) und im Verlauf dieser Betriebsphase auf die jeweils neu ermittelten Unterkühlungswerte gesetzt werden, wenn der Unterkühlungswert (Uw) größer als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Maximalwert (Mw) ist und der Unterküh lungswert (Um) kleiner als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Minimalwert (Mm) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 für eine Kraftfahrzeug- Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beurteilung des Kältemittelfüllstandes

- während durch die Betriebsbedingung Fahrzeuggeschwindigkeit (v) gleich Null festgelegter Betriebsphasen die jeweils zu letzt ermittelten Unterkühlungswerte (Uw) und (Um) und
- während durch die Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null festgelegter Betriebsphasen ein Maximalwert (Mw) und ein Mi nimalwert (Mm) herangezogen wird, die zu Beginn dieser Be triebsphase auf die in der vorangegangenen Betriebsphase mit Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null zuletzt ermittelten Un terkühlungswerte (Uw) und (Um) und im Verlauf dieser Be triebsphase auf jeweils neu ermittelte Unterkühlungswerte gesetzt werden, wenn der Unterkühlungswert (Uw) größer als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Maximalwert (Mw) ist und der Unterkühlungswert (Uw) kleiner als der zum entsprechenden Zeitpunkt vorliegende Minimalwert (Mm) ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 für eine Kraftfahr zeug-Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, daß in vorgewählten Zeitabständen der jeweilige Maximalwert (Mw) jeweils um einen vorgewählten Betrag dekrementiert wird und der jeweilige Minimalwert (Mm) um einen vorgewählten Betrag vergrößert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 für eine Kraftfahr zeug-Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz (Δ) zwischen dem maximalen Unterkühlungswert (Mw) und dem minimalen Unterkühlungswert (Mm) gebildet wird, die zusammen mit dem Maximalwert der Unterkühlung (Mw) ein Maß für die Kältemittelfüllmenge bildet.

5. Verfahren nach Anspruch 4 für eine Kraftfahrzeug- Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterfüllungs-Warnmeldung und/oder eine Abschaltung der Kälteanlage erfolgt, wenn eine Betriebsphase vorliegt, in welcher für eine vorgewählte Warn- und/oder Abschalt- Schwellendauer die Differenz (Δ) kleiner als ein vorgewählter Abschaltschwellenwert (Sd) ist und der Maximalwert (Mw) einen Abschaltschwellenwert (Sm) unterschreitet.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf der Warn- und/oder Abschalt-Schwellendauer

- angehalten wird, solange der Kompressor ausgeschaltet oder die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) gleich Null ist, und
- rückgesetzt wird, wenn die Differenz (Δ) größer als der Ab schaltschwellwert ist und der Maximalwert (Mw) den entspre chenden Schwellenwert (Sd) überschreitet oder die Zündung abgeschaltet wird.